針對目前電子式健康秤采用人工檢定存在的勞動(dòng)強度大、 工作效率低和工人易出錯等問(wèn)題， 開(kāi)發(fā)了基于機器視覺(jué)的自動(dòng)檢定系統。 利用機器視覺(jué)系統進(jìn)行 LCD顯示屏字符識別、 誤差計算和結果判定； 通過(guò)伺服電缸進(jìn)行增砣砝碼的逐級加載和卸載；采用氣缸實(shí)現檢測產(chǎn)品的送料和退料。 結果表明： 視覺(jué)系統可實(shí)現 LCD字符的精確快速識別，檢定系統可完成電子式健康秤的自動(dòng)計量檢定，具有高效、 高精和智能等特點(diǎn)。

電子衡器是國家強制管理的計量器具，需要在出廠(chǎng)前進(jìn)行計量檢定， 以保證計量準確性。某電子式健康秤在包裝前要求在四個(gè)計量點(diǎn)進(jìn)行檢定測試，  目前采用人工方式檢定， 測試產(chǎn)品需要工人送料和退料、加載設備需要手動(dòng)啟動(dòng)和停止、加載結果需要人眼讀數和判定，存在工作強度大、檢定效率低、 檢定質(zhì)量易受人為因素影響等問(wèn)題。

開(kāi)發(fā)電子式健康秤自動(dòng)檢定系統是解決上述問(wèn)題的途徑， 但關(guān)鍵需要解決檢定過(guò)程中的自動(dòng)送退料、 自動(dòng)加卸載和自動(dòng)讀判數問(wèn)題， 其中，  自動(dòng)上下料和自動(dòng)加卸載屬于位置控制問(wèn)題，  自動(dòng)讀判數屬于圖像識別問(wèn)題。 位置控制是自動(dòng)控制領(lǐng)域的成熟技術(shù)， 而機器視覺(jué)是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的一項新型技術(shù)，用機器代替人眼和人腦來(lái)做測量和判斷，已廣泛應用于字符識別、定性檢測、定量測量、視覺(jué)導引等工業(yè)領(lǐng)域。

本文將設計一種基于機器視覺(jué)的電子式健康秤自動(dòng)檢定系統， 采用氣缸解決自動(dòng)送退料問(wèn)題， 采用伺服電缸解決自動(dòng)加卸載問(wèn)題， 采用機器視覺(jué)系統解決自動(dòng)讀判數問(wèn)題， 實(shí)現電子式健康秤的自動(dòng)、精確、快速、智能檢定。

1 .機械系統

圖1所示為利用 Solidworks軟件設計的電子秤自動(dòng)檢定系統整機機械系統三維裝配圖， 包括底座、立架、 對電子秤進(jìn)行標準砝碼逐級加載的加載系統和為加載系統進(jìn)行電子秤供給的供料系統等。

1.1加載系統

圖2 所示為加載系統結構圖，包括伺服電機、減速帶輪、伺服電缸、鋼絲索、滑輪、滑塊和三個(gè)等質(zhì)量的標準砝碼。

伺服電機的旋轉運動(dòng)經(jīng)同步帶（減速比 i =1∶1）減速后，通過(guò)伺服電缸內的滾珠絲杠（導程 d = 5 mm）變換為電缸端部吊環(huán)的直線(xiàn)運動(dòng)，吊環(huán)通過(guò)鋼絲索、滑輪、滑塊和吊鉤拉動(dòng)砝碼，三角形吊鉤的下邊與下面砝碼固聯(lián)，其上角懸掛在上面砝碼（或滑塊）的吊臂上，通過(guò)控制滑塊的高度位置，可實(shí)現標準砝碼對電子秤的加載和卸載。

加載系統的主要設計計算為伺服電機在最大負載下加速時(shí)驅動(dòng)扭矩的計算，根據動(dòng)靜法有

式中， Fa為絲杠軸向負載，η為絲杠效率， Tb為支撐軸承摩擦阻力矩， Tc為預緊扭矩， Ndif為加速時(shí)間 ta內的轉速增量， Je為折算到電機軸端的慣性矩，包括伺服電機轉子慣性矩、同步帶輪等效慣性矩、絲杠等效慣性矩、 滑輪等效慣性矩以及負載慣性矩等。1.2  供料系統

圖3所示為供料系統結構圖， 包括單桿氣缸、托盤(pán)和直線(xiàn)導軌等。直線(xiàn)導軌主要承垂直方向標準砝碼的工作負荷， 該值為直線(xiàn)導軌的選型計算依據。氣缸的設計計算主要包括動(dòng)能校核和負載校核， 負載校核要求實(shí)際負載不大于允許負載，即 W ≤ Wa，動(dòng)能校核要求實(shí)際動(dòng)能不大于允許動(dòng)能，即 E ≤ Ea，

2.控制系統

2.1硬件設計

圖4 所示為電子秤自動(dòng)檢定系統基于可編程控制器的控制系統硬件結構示意圖?？刂破鞒诉M(jìn)行常規的順序控制外，需要與視覺(jué)控制器進(jìn)行信息交換，實(shí)現相機快門(mén)的觸發(fā)和判斷結果的接收，還需要對伺服電機進(jìn)行運動(dòng)控制，實(shí)現三個(gè)標準砝碼的加載和卸載。

2.2  軟件設計

電子秤自動(dòng)檢定系統的控制流程如圖5所示。

在滿(mǎn)足外部和內部運行允許后， 供料系統、視覺(jué)系統和加載系統在控制系統控制下相互配合， 完成電子秤自動(dòng)檢定流程動(dòng)作，如判斷物料有無(wú)、逐級加載時(shí) LED示值是否正常， 最終將判定結果輸出給物料輸送單元， 以作為電子秤分揀依據。

3.視覺(jué)系統

機器視覺(jué)是用機器代替人眼進(jìn)行測量和判斷的技術(shù)。 機器視覺(jué)產(chǎn)品采集目標圖像， 并進(jìn)行數字化處理和特征信息提取，最后根據預設的允許度和其它條件輸出結果，用以控制現場(chǎng)的設備動(dòng)作。

本視覺(jué)系統的結構框架如圖 6 所示。安裝于電子秤 LCD 窗口上方的工業(yè)相機在逐級加載時(shí)拍攝 LCD 示值讀數，并將采集到的圖像傳遞給視覺(jué)控制器進(jìn)行圖像預處理、特征提取和字符識別，并與預定值進(jìn)行比較，判斷電子秤測量精度是否達到要求，并將判斷結果輸出給可編程控制器。其中，工業(yè)相機采用德國 BASLER 公司的 Ace 系列支持 GigEVision 標準協(xié)議的面陣相機，鏡頭、控制器和 LED 光源分別采用東莞奧普特公司的定焦鏡頭OPT-C2514、一體化視覺(jué)控制器 SCI-Q2 和白色條形光源 OPT-LI32330-W-AA。

4.測試結果

利用上述機械系統、控制系統和視覺(jué)系統，在 20 kg 計量點(diǎn)采集到的源圖像如圖 7a 所示，對源圖像進(jìn)行二值化和分割預處理后得到的圖像如圖 7b 所示，其中 1~4 代表分割后的 4 個(gè)字符。

進(jìn)行字符訓練后在 0 kg、20 kg 和 40 kg 計量點(diǎn)自動(dòng)字符識別后得到的圖像分別如圖 8a、8b 和 8c 所示。

圖8c 中，在 40 kg 計量點(diǎn)，測得讀數為 39.7 kg，程序自動(dòng)判定該電子稱(chēng)在該計量點(diǎn)測量精度不合格，判定結果通過(guò)圖像控制器的 I/O 接口輸出給可編程控制的輸入端，不合格電子稱(chēng)將被分揀出來(lái)，自動(dòng)判定程序如下：

if（OCR_40.DataString==40）

{

CustomVar.C40='OK'

}

else

{

CustomVar.C40='NG'

}

5.結論

1）設計了一種用于電子式健康秤自動(dòng)計量檢定的系統，該系統有效解決了人工檢定存在的勞動(dòng)強度大、工作效率低和讀數易出錯等問(wèn)題。

2）實(shí)現了對電子秤四個(gè)計量點(diǎn)的自動(dòng)逐級加載和示值 LCD 字符的智能識別，該方法可大幅提高電子式健康秤的檢定精度和檢定效率。

3）該自動(dòng)檢定設備實(shí)現了電子式健康秤制造過(guò)程中檢定生產(chǎn)環(huán)節的自動(dòng)化和智能化，提高了電子式健康秤裝配線(xiàn)的自動(dòng)化水平。